论文部分内容阅读
[摘 要]本文研究了井下200m3/h复用水处理系统，并对其应用效果进行了分析，具有广泛的应用效果。
[关键词]复用；水处理系统；应用
中图分类号：P58 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）47-0384-01
一、井下200m3/h复用水处理系统基本原理
技术名称：井下复用水处理系统
原理：由于采空区中遗留的铁器在水中缓慢反应，同时由于缺氧，所以采空区水中存在大量铁和猛离子。该种水质的矿井水一旦接触到氧气，会迅速形成难溶于水铁沉淀物；而锰离子则氧化时间较为缓慢，最终形成难溶于水MnO2沉淀物。如果直接使用此矿井水则会污染管路，堵塞设备的冷却系统、液压系统等，严重危害井下工作面设备运行安全，造成较大的经济损失，所以需要将原水进行处理。该水处理系统利用射流器直接曝气，使空气中的氧气与水中的铁充分接触，氧化成铁沉淀物；利用加药装置，使高锰酸钾溶液与水中猛反应，形成难溶于水MnO2沉淀物。最终通过设备过滤室将铁沉淀物和MnO2沉淀物从水中分离开来，使水中铁和猛离子含量达到国家饮用水标准，而铁沉淀物和MnO2沉淀物则采用自动反冲洗技术定期排放。
二、关键技术与设备
关键技术采用：采用物理化学法除Fe和Mn离子
关键设备采用辽阳市净化设备制造总厂制造的水处理设备
三、工艺流程
水处理工艺流程：采空区初步沉淀的矿井水，经过加药和曝气，由原水泵排至水处理装置内，通过反应区充分发生化学反应，再经过滤室过滤。处理后的清水储存至清水池，由复用水泵房的多级离心泵二次提送至用水工作面。该系统由井下控制室上位机和地面调度室上位机直接控制，利用传感器的数值自动运行该系统，并定期对各个水处理装置进行反冲洗。泵、开关、电动阀、流量计等的运行、故障等状态直接传送至上位机和调度室上位机，够实现无人值守功能。
四、主要技术指标
原水水质：浊度：15NTU；Fe离子：4.2mg/L ；Mn离子：0.6mg/L。
处理后水质：浊度：0.54NTU；Fe离子：0.079mg/L ；Mn离子：0.06 mg/L。该三项指标符合国家饮用水标准。
五、除铁除锰设备操作规范
（一）水处理设备运行前应首先检查管路上的阀门是否在正常运行状态，确认后再启动水泵。
（二）水处理设备应根据实际现场情况，定期进行反冲洗，自动状态时间已设定，以便使滤层运行正常，水头损失不至过大。
（三）反冲方法在设备运行情况下，关闭一个滤室上侧阀门；再开启下侧阀门，自控及电控时上侧阀和下侧阀为一组，即进行反冲洗，待污水渐清后再把阀门恢复到运行状态，上侧开启，下侧关闭各滤室以此类推。
（四）每年应定期检查设备各滤室一次，检查滤层有无异常情况，过薄应添加滤料，内外防腐漆是否有脱落等。
（五）供水时应巡视水泵进行情况有无异音异味，压力指示是否正常。
（六）随时检查深井泵电流是否正常，供水变频柜，指示压力与设定压力指示是否一致，发现异常情况及时停机检查。
六、具体操作过程
（一）操作前准备工作
1.检查设备电源是否正常，各回路处于正常位置。
2.检查原水泵防护装置及各部位螺栓紧固，是否完好，符合要求。
3.开泵前对原水泵的同轴度，各零部件螺栓、转动部位是否灵活进行检查，确认无误后，方可进行操作。
4、檢查水处理设备的供排水管路、阀门、仪表、水位是否处于正常运行状态。
（二）加药操作
该装置采用了氧化除铁、除锰原理，利用强氧化剂与空气中的氧气将水中Fe2+和Mn2+离子氧化成不溶于水的Fe3+和MnO2，再结合装置中的天然滤层填料将水中铁、锰离子去除，氧化剂为高锰酸钾，药品为粉末状，用清水稀释，稀释比例为2%-5%，计量泵167L/h（上限）加药箱容积为1.5立方米，因为需要通气搅拌，所以水不能加满箱体，加药剂为高锰酸钾，加药计量为药水溶液的颜色达到深紫色（桑葚色或红酒色）为宜，按投加量调节好流量计流量，流量计阻塞应及时清洗疏通。
（三）首次使用：
滤料装填高度应比设计高度高50mm。滤料装填完毕后，旋紧各部分螺丝，开始通水调试。开泵前先打开进水总阀和排气阀还有设备注水阀门。当设备反应室水满后打开设备进水阀，关闭注水阀，待设备水满后，停泵检查各部位有无渗漏现象，观察后分别对滤池中的虑料进行冲洗与反冲洗，方法如下：
首先进行正冲洗：打开设备排水阀门后开泵进水，待排水口出清水后，关闭排水阀门然后进行反冲洗：
1、关闭第一滤室进水阀门关到位后，再打开这一滤室的反冲洗阀，这时大量的泥浆水从排水管流至排水沟中，等到反冲洗排水管出清水后，阀门恢复原位，第一滤室冲洗结束。
2、其他滤池反冲洗按上述进行。注意的是，当最后一个滤池反冲洗结束时，这时设备开始正常运转（此时开启加药泵），设备正常运转时要随时观察加气量和出水量，根据水质和供水量运转时间来制定反冲洗周期。
（三）设备启动：
无论“上位机控制”“就地控制”状态泵必须被选择以后才会启动，否者不会运行。以上操作是针对一台水泵启动。如果需要两台水泵启动，必须将已启动的水泵选定按钮恢复到未选定状态。如启动一台水泵则不需将选定的按钮恢复到未选定状态。
七、典型实例及成效
（一）典型实例：
由于近几年矿区水资源匮乏，哈拉沟矿从哈拉沟水厂的供水量逐年下降，不能保证井下生产用水，因此从2006年开始计划将井下采空区水进行复用，具体为在22煤将19、21房采区和11、14综采工作面采空区作为两个储水采空区，在19、21房采区新建一个排水泵房、在22煤大巷4、5联巷新建一个加压泵房，井下工作面涌水集中后排入19、21房采区进行沉淀后，再由泵房排到11、14采空区进行二次过滤沉淀，最后通过22煤加压泵房供给井下所有生产用水，不能复用的水通过水泵直排到地面后排入乌兰木伦河，上述工程在2009年底全部投入运行。而在复用水系统运行过程中经常出现管路水质浑浊现象，造成综连采工作面支架、液压系统过滤器堵塞、电机冷却系统堵塞等故障，严重影响到生产正常用水，为了解决这一问题，设备管理中心2010年特请杭州环保设计院专家进行现场会诊。通过对现有资料数据的分析及现场考察，结论是该水质故障的原因为：由于采空区遗留有大量的支护用锚杆、钢带、铁丝网等钢铁材料，同时采空区密闭后形成无氧区，因此在复用水原水中存在较大量的亚铁离子，在输水过程中接触空气后逐渐氧化成生成Fe（OH）3、Fe2O3沉淀，现有工作面水处理设备（在线反洗精密过滤器）不能满足处理要求。为此专家提出四种解决方案：
应急方案1、曝气氧化平流沉淀除铁。
应急方案2、委托外协承包应急制水。
长效解决方案3、采用除铁除锰水处理系统。
最初我矿采取第1种应急措施在22206工作面回撤通道建了一个临时曝气沉淀池加压后用于各采区工作面，但该系统并不稳定，没有达到彻底过滤的效果，综采队用水仍时常出现大面积堵塞支架滤芯情况，严重延误了矿井的正常生产。于是决定第3种建设水处理系统来改善井下复用水的水质。通过对地面建矿井水处理厂与利用原有巷道在井下建设水处理系统的经济性对比后，选用井下建设水处理系统的方案。现哈拉沟矿井下使用4台CT-50水处理设备，处理能力为200 m3/h，该系统能将采空区积水中的Fe和Mn离子含量处理至工业用水标准，且生产使用效果良好。不仅节约了用水成本，而且减轻了矿井系统的排水负担，同时也减少了矿井外排水量，降低了矿井水外排对周边环境的污染。
（二）成效：哈矿复用水处理系统的能力为200m3/h。
1、经济效益
该系统内设备每小时按最大处理能力需用电为35度，工业用电0.6元/度，则吨水用电成本为0.105元/ m3。由于正常全矿工作面用水量约为150 m3/h，复用水处理系统的能力为200m3/h，所以剩余的50 m3/h处理水能够使用外排水泵直接提升至地面外排。每年节约用水成本为3.91百万元。
2、环境效益
由于该系统直接使用井下采空区的积水，避免使用井上自来水资源，相当于一年少往井下排131万m3的水，有效减轻了矿井排水的压力。同时每年外排处理后的清水水量约为43.8万 m3能够部分缓解矿区地面水资源缺乏的局面。
八、推广前景
该水处理系统适应于大部分井工矿采空区积水复用，且具有较大的经济和环境效益。
作者简介：
郝连坤（1985-），辽宁朝阳人，助理工程师，研究方向为机械工程及自动化。
[关键词]复用；水处理系统；应用
中图分类号：P58 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）47-0384-01
一、井下200m3/h复用水处理系统基本原理
技术名称：井下复用水处理系统
原理：由于采空区中遗留的铁器在水中缓慢反应，同时由于缺氧，所以采空区水中存在大量铁和猛离子。该种水质的矿井水一旦接触到氧气，会迅速形成难溶于水铁沉淀物；而锰离子则氧化时间较为缓慢，最终形成难溶于水MnO2沉淀物。如果直接使用此矿井水则会污染管路，堵塞设备的冷却系统、液压系统等，严重危害井下工作面设备运行安全，造成较大的经济损失，所以需要将原水进行处理。该水处理系统利用射流器直接曝气，使空气中的氧气与水中的铁充分接触，氧化成铁沉淀物；利用加药装置，使高锰酸钾溶液与水中猛反应，形成难溶于水MnO2沉淀物。最终通过设备过滤室将铁沉淀物和MnO2沉淀物从水中分离开来，使水中铁和猛离子含量达到国家饮用水标准，而铁沉淀物和MnO2沉淀物则采用自动反冲洗技术定期排放。
二、关键技术与设备
关键技术采用：采用物理化学法除Fe和Mn离子
关键设备采用辽阳市净化设备制造总厂制造的水处理设备
三、工艺流程
水处理工艺流程：采空区初步沉淀的矿井水，经过加药和曝气，由原水泵排至水处理装置内，通过反应区充分发生化学反应，再经过滤室过滤。处理后的清水储存至清水池，由复用水泵房的多级离心泵二次提送至用水工作面。该系统由井下控制室上位机和地面调度室上位机直接控制，利用传感器的数值自动运行该系统，并定期对各个水处理装置进行反冲洗。泵、开关、电动阀、流量计等的运行、故障等状态直接传送至上位机和调度室上位机，够实现无人值守功能。
四、主要技术指标
原水水质：浊度：15NTU；Fe离子：4.2mg/L ；Mn离子：0.6mg/L。
处理后水质：浊度：0.54NTU；Fe离子：0.079mg/L ；Mn离子：0.06 mg/L。该三项指标符合国家饮用水标准。
五、除铁除锰设备操作规范
（一）水处理设备运行前应首先检查管路上的阀门是否在正常运行状态，确认后再启动水泵。
（二）水处理设备应根据实际现场情况，定期进行反冲洗，自动状态时间已设定，以便使滤层运行正常，水头损失不至过大。
（三）反冲方法在设备运行情况下，关闭一个滤室上侧阀门；再开启下侧阀门，自控及电控时上侧阀和下侧阀为一组，即进行反冲洗，待污水渐清后再把阀门恢复到运行状态，上侧开启，下侧关闭各滤室以此类推。
（四）每年应定期检查设备各滤室一次，检查滤层有无异常情况，过薄应添加滤料，内外防腐漆是否有脱落等。
（五）供水时应巡视水泵进行情况有无异音异味，压力指示是否正常。
（六）随时检查深井泵电流是否正常，供水变频柜，指示压力与设定压力指示是否一致，发现异常情况及时停机检查。
六、具体操作过程
（一）操作前准备工作
1.检查设备电源是否正常，各回路处于正常位置。
2.检查原水泵防护装置及各部位螺栓紧固，是否完好，符合要求。
3.开泵前对原水泵的同轴度，各零部件螺栓、转动部位是否灵活进行检查，确认无误后，方可进行操作。
4、檢查水处理设备的供排水管路、阀门、仪表、水位是否处于正常运行状态。
（二）加药操作
该装置采用了氧化除铁、除锰原理，利用强氧化剂与空气中的氧气将水中Fe2+和Mn2+离子氧化成不溶于水的Fe3+和MnO2，再结合装置中的天然滤层填料将水中铁、锰离子去除，氧化剂为高锰酸钾，药品为粉末状，用清水稀释，稀释比例为2%-5%，计量泵167L/h（上限）加药箱容积为1.5立方米，因为需要通气搅拌，所以水不能加满箱体，加药剂为高锰酸钾，加药计量为药水溶液的颜色达到深紫色（桑葚色或红酒色）为宜，按投加量调节好流量计流量，流量计阻塞应及时清洗疏通。
（三）首次使用：
滤料装填高度应比设计高度高50mm。滤料装填完毕后，旋紧各部分螺丝，开始通水调试。开泵前先打开进水总阀和排气阀还有设备注水阀门。当设备反应室水满后打开设备进水阀，关闭注水阀，待设备水满后，停泵检查各部位有无渗漏现象，观察后分别对滤池中的虑料进行冲洗与反冲洗，方法如下：
首先进行正冲洗：打开设备排水阀门后开泵进水，待排水口出清水后，关闭排水阀门然后进行反冲洗：
1、关闭第一滤室进水阀门关到位后，再打开这一滤室的反冲洗阀，这时大量的泥浆水从排水管流至排水沟中，等到反冲洗排水管出清水后，阀门恢复原位，第一滤室冲洗结束。
2、其他滤池反冲洗按上述进行。注意的是，当最后一个滤池反冲洗结束时，这时设备开始正常运转（此时开启加药泵），设备正常运转时要随时观察加气量和出水量，根据水质和供水量运转时间来制定反冲洗周期。
（三）设备启动：
无论“上位机控制”“就地控制”状态泵必须被选择以后才会启动，否者不会运行。以上操作是针对一台水泵启动。如果需要两台水泵启动，必须将已启动的水泵选定按钮恢复到未选定状态。如启动一台水泵则不需将选定的按钮恢复到未选定状态。
七、典型实例及成效
（一）典型实例：
由于近几年矿区水资源匮乏，哈拉沟矿从哈拉沟水厂的供水量逐年下降，不能保证井下生产用水，因此从2006年开始计划将井下采空区水进行复用，具体为在22煤将19、21房采区和11、14综采工作面采空区作为两个储水采空区，在19、21房采区新建一个排水泵房、在22煤大巷4、5联巷新建一个加压泵房，井下工作面涌水集中后排入19、21房采区进行沉淀后，再由泵房排到11、14采空区进行二次过滤沉淀，最后通过22煤加压泵房供给井下所有生产用水，不能复用的水通过水泵直排到地面后排入乌兰木伦河，上述工程在2009年底全部投入运行。而在复用水系统运行过程中经常出现管路水质浑浊现象，造成综连采工作面支架、液压系统过滤器堵塞、电机冷却系统堵塞等故障，严重影响到生产正常用水，为了解决这一问题，设备管理中心2010年特请杭州环保设计院专家进行现场会诊。通过对现有资料数据的分析及现场考察，结论是该水质故障的原因为：由于采空区遗留有大量的支护用锚杆、钢带、铁丝网等钢铁材料，同时采空区密闭后形成无氧区，因此在复用水原水中存在较大量的亚铁离子，在输水过程中接触空气后逐渐氧化成生成Fe（OH）3、Fe2O3沉淀，现有工作面水处理设备（在线反洗精密过滤器）不能满足处理要求。为此专家提出四种解决方案：
应急方案1、曝气氧化平流沉淀除铁。
应急方案2、委托外协承包应急制水。
长效解决方案3、采用除铁除锰水处理系统。
最初我矿采取第1种应急措施在22206工作面回撤通道建了一个临时曝气沉淀池加压后用于各采区工作面，但该系统并不稳定，没有达到彻底过滤的效果，综采队用水仍时常出现大面积堵塞支架滤芯情况，严重延误了矿井的正常生产。于是决定第3种建设水处理系统来改善井下复用水的水质。通过对地面建矿井水处理厂与利用原有巷道在井下建设水处理系统的经济性对比后，选用井下建设水处理系统的方案。现哈拉沟矿井下使用4台CT-50水处理设备，处理能力为200 m3/h，该系统能将采空区积水中的Fe和Mn离子含量处理至工业用水标准，且生产使用效果良好。不仅节约了用水成本，而且减轻了矿井系统的排水负担，同时也减少了矿井外排水量，降低了矿井水外排对周边环境的污染。
（二）成效：哈矿复用水处理系统的能力为200m3/h。
1、经济效益
该系统内设备每小时按最大处理能力需用电为35度，工业用电0.6元/度，则吨水用电成本为0.105元/ m3。由于正常全矿工作面用水量约为150 m3/h，复用水处理系统的能力为200m3/h，所以剩余的50 m3/h处理水能够使用外排水泵直接提升至地面外排。每年节约用水成本为3.91百万元。
2、环境效益
由于该系统直接使用井下采空区的积水，避免使用井上自来水资源，相当于一年少往井下排131万m3的水，有效减轻了矿井排水的压力。同时每年外排处理后的清水水量约为43.8万 m3能够部分缓解矿区地面水资源缺乏的局面。
八、推广前景
该水处理系统适应于大部分井工矿采空区积水复用，且具有较大的经济和环境效益。
作者简介：
郝连坤（1985-），辽宁朝阳人，助理工程师，研究方向为机械工程及自动化。